实现低漏电流同时保证emi性能的电源设计

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1、实现低漏电流同时保证EMI性能的电源设计

2、第1...在AC-DC500)this.style.ouseg(this)">　　大多数AD/DC电源都在高压的交流输入端与低压的直流输出端之间实现了隔离。诸如UL1950之类的安全标准会同时指定了绝缘强度(例如3千伏VAC耐冲电压)和最大漏电流。漏电流是指当设备的可接触部分以一定的阻抗连接到保护地时流经初级与次级绝缘屏障之间的电流。漏电流标准确保了人员的安全，防止当使用者碰触到输出端或电源外壳时其身体成为电流泄放至大地的路径的一部分。500)this.style.ouseg(this)">　　允许流过的最大漏电流基于应用场合有着具体的分类。过去，

3、仅对诸如医疗设备(患者极有可能或确定必须接触设备的带电部分)等特殊应用场合有低的漏电流要求。在那些应用场合中的设备不得不满足比IT设备严格得多的要求。针对医疗和IT设备的漏电流限制规范分别是IEC60601-1、IEC60950。500)this.style.ouseg(this)">　　但是，如今还有其它理由需要去进行低漏电设计。例如，现在很多移动都有金属的外壳，与其配套的充电器必须满足手持设备制造商们制订的比现行安全标准要低的漏电流规范。这是为了防止消费者(特别是在像充满蒸汽的浴室之类的潮湿环境中)拿着正在充电的时有触电感。与设备(无绳、答录机、DSLmodem等)配套的电源通常必须有

4、很低的工频泄漏以避免可听得见的嗡嗡声耦合到线路中。进行低漏电设计还可潜在地节省成本，例如减小电源中必需的EMI滤波元件的尺寸和/或数量。500)this.style.ouseg(this)">　　追根溯源：漏电流究竟从何而来？　　在AC-DC开关电源中，漏电流最主要的是Y类电容。Y类电容是经过安全机构认证(外表常为橙色或蓝色)、可以用于将绝缘屏障桥接起来的电容(参见图1a)，为位移电流(产生于开关过程)提供返回路径以防止EMI。任何能流出电源的高频电流(通过许多我们将在后面讲到的途径)都将通过交流进线返回，并产生传导EMI。在图1a中，Y电容避免了许多EMI电流，使得其中绝大多数都局限在电

5、源内部，而在图1b中，这些EMI电流必定全部流出到电源之外。　　一般而言，电源中的Y电容的容量值越大，电源产生的EMI就越小，与此相反，流过绝缘屏障的漏电流则越大。500)this.style.ouseg(this)">公式1可以用来估算在不超出安全界限的情况下允许使用的Y电容最大值。对于一个两线(没有保护地)、带浮动输出的通用输入电源，向下舍入到标准数值就得到Y电容最大值大约为2.2nF。而对于仅适用于100/115VAC的设计，此数值会提升到3.3nF。500)this.style.ouseg(this)">　　仅是简单地将Y电容从电路中移除或减小其数值一般情况下不太可行，因为这样做会

6、显著增加EMI(见图2b)。而在电路中增加共模扼流圈或其它滤波元件又会增加成本。因此，我们必须将注意力集中到如何降低EMI电流上。　　降低共模EMI电流的技巧500)this.style.ouseg(this)">虽然详尽地分析EMI电流所有的已经超出了本文的范围，但图3还是给出了被初级与次级开关波形驱动的EMI电流典型路径概览。目前已有一些减小共模EMI电流的方法。尽管在变压器绕线层之间使用带状物增加绕线层间距离可以减小层间电容，但单独使用这一方法只能很有限地减小EMI电流。长期以来在工频变压器中一直应用屏蔽绕组来降低噪声与耦合，在开关变压器中这一方法同样有效。如图5中EMI图形所示，在

7、开关变压器中使用屏蔽绕组是降低共模EMI电流最有效的方法，而且对电源总体成本的影响最小。　　以下是在3I下降了大约10dB(见图5a)。用一个额外的屏蔽绕组进行补充，可进一步下降10dB(见图5b)。这样仅使用一个220pF的Y电容就可获得一个有10dB余量的好方案(图5c)，将漏电流从183uA降到18uA。不使用屏蔽绕组的电路可获得几乎同样的EMI性能(图6a)，但必须在输入级(图6b)加入一个扼流圈L2(除了已有的差模滤波电感L1之外)。根据每个应用电路的不同需求，可以给变压器再加入第三个屏蔽绕组，从而进一步降低Y电容的数值。500)this.style.ouseg(this)">　

8、　由于屏蔽绕组与初级侧开关电路和次级侧整流电路之间的相互作用，使得共模位移电流得以削弱或彻底抑制，让详尽的分析变得不再必要。但是，每一个设计的需求各不相同，这是由诸如PCB板上的元件布局、电路板及磁性元件和机壳金属板之间的接近程度、变压器的尺寸以及伏-秒率、匝数范围、匝数比等因素决定的。因此，在优化每一个设计的屏蔽绕组时试验与失误是在所难免的。即便如此，关于屏蔽绕组布局的基本规律一贯以来一般还是适用的。500)this.